„nachhaltige technologien 03 | 2026"

„Die Nutzung der Sonnenenergie in solaren Photoreaktoren bietet eine interessante Perspektive, um künftig an Rastplätzen vorhandene Ressourcen wie Abwasser lokal für die Erzeugung von Treibstoffen, beispielsweise Wasserstoff, zu nutzen. Besonders spannend sind dabei integrierte Systeme, die bedarfsgerecht neben Treibstoffen auch Strom und gegebenenfalls Wärme bereitstellen und so erneuerbare Energiegewinnung und Stoffkreisläufe direkt vor Ort miteinander verbinden.“ Dietmar Harbauer, Experte elektromaschinelles Engineering, Innovationsmanager, Prokurist der ASFINAG Alpenstraßen GmbH (Tochterfirma der ASFINAG) Foto: privat Saugrohr floss und durch den umgebenden Ringraum zurückkehrte. Auf diese Weise wurden die Katalysator- partikel aus dem beschatteten Kern in den bestrahlten Ringbereich transportiert, während gleichzeitig eine konstant hohe Suspensionsqualität gewährleistet wurde. Eine Argon-Spülung mit 200 ml/min entzog den entstehenden Wasserstoff für die kontinuierliche Online-Detektion mittels Mikro-Gaschromatographie und verbesserte die Produktivität weiter. Für die Freilandversuche enthielt der Reaktor etwa 2,8 Liter einer wässrigen Methanol/Ascorbinsäure-Lösung mit 3 Gramm Katalysator pro Liter, die bei 740 Umdrehun- gen pro Minute gerührt und auf 10 °C gekühlt wurde. Katalysator und spektral angepasste Auslegung des Kollektors Als Photokatalysator diente ein mit Thiomolybdat (Na 2 [Mo 3 S 13 ]·5 H 2 O, {Mo3}) beladenes polymeres Koh- lenstoffnitrid ({Mo 3 }-CN x ) mit einer Clusterbeladung von etwa 2,6 Gew.- %. Der molekulare [Mo 3 S1 3 ] 2- - Cokatalysator, der eine auf der Erde reichlich vor- handene Alternative zu Platin darstellt, ist etwa drei Größenordnungen günstiger als Platin und erwies sich im Langzeitbetrieb als stabil. Das System arbeitet nur in einem Wellenlängen- bereich unterhalb von etwa 400 nm effizient und der Kollektor wurde daher genau für diesen Bereich ausgelegt. Die Optimierung eines kombinierten spiegelnden/diffusen Kollektors für Wellenlängen unter 400 Nanometern erfolgte unter Einsatz der Monte-Carlo-Strahlverfolgung (RadiCal-Methode). Als Grundlage dienten Einstrahlungsmessungen über einen Zeitraum von drei Monaten am Standort. Die spiegelnde Komponente wurde mit zwei beschich- teten Aluminiumspiegeln realisiert, während für die diffuse Reflexion eine expandierte PTFE-Folie mit nahezu lambertianischem Reflexionsverhalten 1 eingesetzt wurde. Diese Kombination lenkte sowohl den direkten als auch den diffusen Anteil des Son- nenlichts auf den Reaktor um, wodurch eine Sonnen- nachführung überflüssig wurde. Der Kollektor erzielte eine Steigerung des Photonenflusses um den Faktor 2,4 bei einem Kollektorwirkungsgrad von etwa 36 Pro- zent für λ < 400 nm. Ergebnisse der Freilandversuche Die Test-Anlage wurde im September 2025 auf dem Dach des Labors bei AEE INTEC in Gleisdorf, Österreich, in Südausrichtung betrieben. Um die höchstmögliche Sonneneinstrahlung zu nutzen, wurden beide Versuche zur Mittagszeit gestartet. Nach unserem Kenntnisstand ist dies der erste Nachweis einer so- larbetriebenen Wasserstoffentwicklung mit eines mit Thiomolybdat beladenen Kohlenstoffnitrids in einem maßstabsgetreuen gerührten Schlaufenphotoreaktor. Die Wasserstoffproduktion folgte dem Sonnenver- lauf. Es wurden Spitzenraten von 97,1 µmol h -1 und 111,5 µmol h -1 erreicht. Nach dem Sonnenhöchststand nahm die Rate proportional zur abnehmenden Sonneneinstrahlung ab. Über die jeweiligen Ver- suchsdauern von 3,95 Stunden bzw. 6,37 Stunden ent- spricht dies 224,8 µmol bzw. 341,8 µmol Wasserstoff oder mittleren Raten von 56,9 µmol bzw. 53,7 µmol pro Stunde. Für die Bewertung der Reaktorleistung ist ein Vergleich mit dem Laborbetrieb unter künstlichem Licht maßgeblich. Unter künstlicher Bestrahlung mit 365-nm-LEDs erreichte der Reaktor eine mittlere Rate von 137 µmol/h. Somit liegen die Mittelwerte bei Betrieb mit Sonnenlicht um 69–71 Prozent niedri- ger, was gut mit der um etwa 79 Prozent geringeren Bestrahlungsstärke im Freien übereinstimmt. Dies stellt das zentrale Ergebnis der Untersuchungen dar: Der gerührte 3-Liter-Schlaufenphotoreaktor (SLPR): Funkti- onsprinzip (rechts) und Aufnahme während des Solarbetriebs (links). SC: Solarkollektor. Adaptiert aus Ref. [1] Quelle: Daniel Kowalczyk 1 ideale diffuse Reflexion an einer rauen Oberfläche Argon in Argon out SC SLPR cooling out cooling in 13 12 SOLAR-TO-X: VOM SONNENSTRAHL ZUM MOLEKÜL